Фотоэлектрический датчик углового положения объекта

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

«>947642

1 т

/ =.. (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) ЗаЯвлено 1010,80 (2! ) 2991252/25-28

Р М К з

G 01 В 11/26 с присоединением заявки М9

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет ($3) УДК531 ° 715 ° .27(088,8) Опубликовано 30.0782, Бюллетень 8928

Дата опубликования описания 300782 (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК УГЛОВОГО

ПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТА

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, для измерения углового рассогласования между осью датчика и направлением на удаленный з светящийся объект.

Известен фотоэлектрический датчик углового положения объекта, содержащий призму, одна грань которой покрыта отражающим покрытием, и два фотоприемника f1).

Недостатком известного датчика является низкая точность измерения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является фотоэлектрический датчик углового положения объекта, содержащий цилиндрическую линзу и светоприемные устройства, расположенные в фокальных плоскостях линзы, а также полупрозрачное зеркало (2) .

Недостатком известного датчика является то, что разделение пучка света от объекта происходит за цилиндрической линзой, пучки света от полупрозрачного зеркала попадают на разные светоприемные устройства, что приводит к относительно высокой погрешности измерения и вызывает необходимость постоянно следить за интенсивностью излучения источника света.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что фотоэлектрический датчик углового положения объекта снабжен двумя слоевыми деталями, оптические оси которых пересекаются под углом, равным апертурному углу слоевых деталей, а биссектриса этого угла является оптической осью датчика, и второй цилиндрической линзой, расположенной как и первая меяду соответствующими выходным торцом слоевой детали и светоприемным устройством.

С целью повышения чувствительности измерения светоприемные устройства выполнены в виде линейных матриц фото20 диодов.

Кроме. того, с целью определения положения объекта относительно двух координатных осей он снабжен вторым датчиком, расположенным с первым во взаимно перпендикулярных плоскос3 тях.

На фиг.1 изображена принципиаль-. ная схема фотоэлектрического датчика углового положения объекта, не

ЗО фиг.2 - возмохный вариант датчика.

947642

Формула изобретения

Датчик содержит слоеные детали 1 цилиндрические линзы 2, снетоприемные устройства 3, выполненные в виде линейных матриц фотодиодов.

Слоеные детали 1 состоят иэ чередующихся между собой оптически 5 прозрачных плоскопараллельних световедущих и светоизолирующих слоев с различными показателями преломления.

Причем показатель преломления световедущих слоев 8ольше преломления сне-10 тоиэолирующих слоев. Луч света по каждому из светонедущих слоев распространяется по законам геометрической оптики благодаря полному внутреннему отражению на границах 15 раздела световедущих и изолирующих слоев. Поэтому по слоеной детали могут распространяться только те лучи, которые падают на торец детали под углом к ее оптической оси (оптическая ось лежит в плоскости, параллельной сЛоям).

Слоеные детали 1 размещены и одной плоскости, параллельной координатной оси таким образом, что слои перпендикулярны плоскости, их ойтические оси 4 пересекавтся под углом, равным апертурному углу слоеной детали 1, и оптическая ось 5 датчика служит биссектрисой этого угла. Непосредственно у выходных торцон слоеных деталей 1 размещено по цилиндрической линзе 2, в фокальной плоскости каждой линзы 2 распо.ложены светоприемные устройства 3 в виде линейных матриц фотодиодов.

Й датчик работает следующим образом.

От светящегося объекта (не показано), положение которого. надо определить относительно одной оси коорди- 40 нат, совпадающей с направлением оптической оси 5 датчика, на входные торцы обеих слоеных деталей 1 попадает под некоторым углом пучок света.

Пройдя слоеную деталь 1, свет раэ- 45 деляется ею на два пучка, угол между которыми вдвое больше, чем угол, под которым снет вошел во входной торец слоеной детали 1. Оба пучка на выходе из слоеной детали 1 фокусируются линзой 2 на светоприемном устройстве 3 в виде двух тонких светящихся отрезков прямой. Расстояние между отрезками прямых пропорционально удвоенному углу наклона входного пучка света. Информация от одного светоприемного устройства 3 определяет величину угла между координатной осью и светящимся объектом. Расположение светящихся отрезков прямой на втором сн *TDTIpHeMHDM устройстве

3 определяет положение светящегося объекта относительно оптической оси 5 датчика "слева", "справа". Сравнивая расстояния между светящимися отрезками прямых на каждом из свето- б5 приемных устройств 3, находят их разность, определяют величину рассогласонания между осью 5 датчика и направлением на контролируемый объект. При точном наведении на объект расстояния между отрезками прямых равны и их разность равна нулю.

Для измерения рассогласования положения объекта относительно двух взаимно перпендикулярных осей необходимо испольэовать два однокоординатных датчика (фиг.2), расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях

Для уменьшения габаритов датчика выходные торцы слоеных деталей 1 можно обработать в виде цилиндрических линз.

Предлагаемый датчик может быть использован для построения систем измерения углового положения светящихся объектов, систем слежения за ними, а также может быть использован в фотоэлектрических автоколлиматорах для измерения отклонения зеркальных плоскостей от перпендикулярности к оси автоколлиматора.

1. Фотоэлектрический датчик углового положения объекта, содер жащий цилиндрическую линзу и светоприемные устройства, расположенные в фокальных плоскостях линзы, о тл и ч а в шийся тем, что, с ,целью повышения точности измерения, он снабжен двумя слоеными деталями, оптические оси которых пересекаются под углом, равным апертурному углу слоеных деталей, а биссектриса этого угла является оптической осью датчика, и второй цилиндрической линзой, расположенной как и первая между соотнстствующими выходным торцом слоеной детали и светоприемным устройством.

2. Датчик по п.1, о т л и ч а вщ и и с я тем, что, с целью повышения чувствительности измерения, снетоприемные устройства выполнены в виде линейных матриц фотодиодон.

3. Датчик по пп.1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью определения положения объекта относительно двух координатных осей, он снабжен вторым датчиком, расположенньщ с первым но взаимно перпендикулярных плоскостях.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе .

1. Авторское свидетельство СССР

Ю 616531, кл. G 01 В 1/26, 1977, 2. Катыс Г.П. Оптико-электронная обработка информации. Y. "kaum ocxpoe ae", 1973, с.363-364 (прототип).

947642

Составитель Л.Лобзова

Техред Е. Харитончик Корректор Г.Orap

Редактор С.Тараненко

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4

Заказ 5614/62 Тираж 614 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

Ilo делам изобретений и открыткой

113035, Москва, Ж-35, Рауискан наб., д.4/5